Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
Die Lock-in-Thermografie hat als zerstörungsfreie Prüfmethode große Anwendungspotenziale für die Mikroelektronik.
Sebastian Brand und Michael Kögel mit Outstanding Researcher Award von Intel ausgezeichnet
Für ihre Arbeiten zur Steigerung von Sensitivität und 3D-Auflösungsvermögen der mikroskopischen Lock-In-Thermografie-Analytik haben die beiden Wissenschaftler Dr. Sebastian Brand und Michael Kögel vom Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) einen der »Outstanding Researchers Awards 2023« der Intel Corporation erhalten. Ihre Erkenntnisse können für die verbesserte Identifikation und Lokalisierung resistiver elektrischer Defekte in mikroelektronischen Bauteilen genutzt werden. Der Halbleiter-Hersteller zeichnet mit dem Preis jährlich herausragende Beiträge für Innovationen mit Bezug zu Entwicklung in der Nanoelektronik- und zugehörigen Fertigungstechnologien aus.
Sebastian Brand (links) und Michael Kögel wurden mit dem Outstanding Researcher Award von Intel ausgezeichnet.
In ihrer Studie mit dem Titel »Enhancement of the Lock-In Thermography Analysis for the Improvement of the Resistive Defect Isolation in All Three Spatial Dimensions« haben Brand, Kögel und ihr Team aus dem Geschäftsfeld »Werkstoffe und Bauelemente der Elektronik« am Fraunhofer IMWS große Fortschritte beim Erkennen von Fehlern in Halbleiter-Bauteilen erzielt und dabei das Detektions- sowie Auflösungsvermögen für die Methode der Lock-In-Thermografie (LIT) deutlich verbessert. Bei dieser speziellen Technik der Infrarotthermografie wird die Probe periodisch elektrisch angeregt, wobei resistive Defektstrukturen kleinste Mengen thermischer Energie in Form von Wärme abgeben, was zu mikroskopischen Temperaturgradienten im Mikro-Kelvin (µK)-Bereich führt. Diese thermische Reaktion des Objekts wird dann aufgezeichnet und mit den am Fraunhofer IMWS entwickelten Methoden analysiert. Aus den Ergebnissen lassen sich Schwachstellen und Defekte lokalisieren und charakterisieren.
Gegenstand des Kooperationsprojektes mit Intel war die Anwendung und Erweiterung der LIT, um mikroskopische elektrische Fehler in komplexen heterogenen Elektronikarchitekturen zerstörungsfrei zu lokalisieren. Hier entwickelte das Team am Fraunhofer IMWS einen völlig neuartigen Ansatz, der zum einen die Abbildungsoptik künstlich erweitert und zum anderen Methoden der künstlichen Intelligenz integriert, um die Fähigkeit zur zerstörungsfreien Tiefenlokalisierung mikroskopischer elektrischer Fehler deutlich zu verbessern.
»Ich freue mich sehr über diese Auszeichnung! Sie zeigt, wie relevant unsere Forschungsarbeiten für die industrielle Anwendung in der Hochtechnologie sind, und unterstreicht zugleich die Anwendungspotenziale der Lock-In-Thermografie. Die zerstörungsfreie Arbeitsweise in Kombination mit einer extremen Sensitivität erlauben das Aufspüren kleinster elektrischer Defekte wie etwa Leckströme, partielle Kurzschlüsse, Hot Spots oder Risse selbst in deren Entstehungsphase. Diese Eigenschaften machen das Verfahren äußerst wertvoll für zukünftige Technologien der Mikroelektronik«, sagt Dr. Sebastian Brand, Teamleiter in der Gruppe »Diagnostik Halbleitertechnologien« am Fraunhofer IMWS.
Insgesamt wurden 15 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ausgezeichnet, deren Projekte durch Intels Corporate Research Council gefördert wurden. Mit dem Programm unterstützt Intel aussichtsreiche Initiativen mit hohem Anwendungsbezug an führenden Hochschulen und Forschungseinrichtungen. Bei der Auswahl der Preisträgerinnen und Preisträger werden unter anderem die grundlegenden Erkenntnisse, die industrielle Relevanz und der technische Schwierigkeitsgrad berücksichtigt. Das Fraunhofer IMWS wurde als einzige europäische Forschungseinrichtung berücksichtigt, die weiteren prämierten Projekte sind unter anderem an der Stanford University, dem Massachusetts Institute of Technology MIT und der Nationaluniversität von Singapur entstanden.